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三恩时色差仪的标准照明光源

点击:         发布日期:2015-12-15
LED是21世纪具有竞争力的新型固体光源,它具有效率高、光色纯、能耗低、寿命长、可靠耐用、应用灵活、安全、响应快、无污染、控制灵活等优点。所以目前三恩时研发的色差仪都是采用LED组件来做为光源系统。这也是未来三恩时光学仪器的照明光源核心。影响LED光强分布的因

LED是21世纪具有竞争力的新型固体光源,它具有效率高、光色纯、能耗低、寿命长、可靠耐用、应用灵活、安全、响应快、无污染、控制灵活等优点。所以目前三恩时研发的色差仪都是采用LED组件来做为光源系统。这也是未来三恩时光学仪器的照明光源核心。

影响LED光强分布的因素很多,根据发光二极管的结构特点,根据光计算公式中的反光碗的张角α、插入深度l、环氧树脂的折射率n以及透镜的曲率半径r为主要影响因素。这里不给出计算公式,光学的计算公式比较复杂,在色差仪的研发过程中专家们都比较头疼,所以我们只要简单的了解LED在色差仪器行业中作为光源的使用和影响就好,对其具体的照明计算公式就不做具体分析了。

一般LED的反光碗为圆锥形,反光碗张角决定光子经过反光碗作用后分布的张角大小。下图一中(a)(b)(c)对应的发光碗张角分别为55/80/90°,对应的法向光强分别为1.304/1.519.1.482cd。

图一 不同张角的反光碗对光强分布的影响

法向光强取决于Ⅰ类光线所占比例和Ⅱ类光线中经反光碗作用后直接射向球面的光线经球面折射后偏离法向的角度。

在仅改变反光碗的张角,而保持反光碗的高和底面直径以及LED其他参数不变的条件下,当反光碗的张角很大时,Ⅰ类光线的比例不变,Ⅲ类光线的比例增大,Ⅱ类光线的比例减小而且该类光线经反光碗作用后偏离法向的角度随着张角的进一步增大而增大,导致直接从球面出射的光线将减少,因而法向光强有减小趋势。当反光碗的张角很小时,Ⅰ、Ⅲ类光线的比例减少,Ⅱ类光线的比例增大。然而Ⅱ类光线经发光碗作用后偏离法向的角度随着张角的进一步减小而增大,同样导致直接从球面出射的光线减少,因而法向光强也存在减小的趋势。

因此,随着张角由小变大,最大光强先变化后变小。同时,由图一可知:张角的变化并为引起半功率角大幅度变化,即半功率角变化很小,具有很好的指向性。

芯片深度对光强分布的影响

封装时支架的插入深度决定LED的出射角度参数和法向光强。改变芯片深度,光强分布变化如图二所示。

图二(a)(b)(c)对应的插入深度分别为1.6/2.3/3.5mm,对应法向光强分别为0.841、1.512、0.549cd。

图二 插入深度对光强分布的影响

在仅改变支架的插入深度,而不改变LED其他参数的情况下,当反光碗离球面顶端较远时,Ⅰ类光线的比例减小,Ⅱ类光线的比例不变,Ⅲ类光线的比例增大。由于芯片里球面顶端较远,当Ⅰ类光线射到球面时,将有很大一部分光线产生全反射从除球面之外的其他面射出,并且产生全反射的光线所占的比例随着芯片离球面顶端距离的增大而增大,从而导致法向光强变小。

三恩时色差仪在研发过程中,LED作为内置标准光源这些问题都是研究因素之一。研发部门根据LED光源的发光碗与球面位置不同的光线率分析出做适合工业检测颜色所使用的LED组件。

当反光碗离球面顶端较近时,Ⅰ类光线的比例增大,Ⅱ类光线的比例不变,Ⅲ类光线入射到球面的入射角变小,经球面折射之后光线偏离法向的角度变化,光线变得发散,光强分布比较均匀,导致法向光强变小。只有当芯片离球面顶端距离使得Ⅰ类光线比例较大,经球面折射后偏离法向的角度较小,且产生全反射的光线较少时,法向光强才能达到最大。

因此,随着芯片深度的增大,法向光强先变大后变小。同时,随着芯片深度增大,半强度角将逐渐变大。

 

三恩时色差仪的LED组件光源在光的标准照射和反射也是符合这些情况的,在研发仪器时,注意光源的芯片、深度等等一些列问题都有可能影响色差的值。

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